Неподтопленный прямоугольный водослив с широким порогом

Неподтопленный водослив с широким порогом характеризуется наличием двух перепадов свободной поверхности и .

Рис. 3.1. Неподтопленный прямоугольный водослив
с широким порогом

Понижение свободной поверхности при входе потока на порог (на величину ) объясняется уменьшением живого сечения потока за счет порога водослива.

С уменьшением живого сечения происходит увеличение скорости в этом сечении, а следовательно увеличение кинетической энергии. Потенциальная энергия при этом уменьшается, следовательно, свободная поверхность должна понижаться. Поэтому в случае спокойного движения всегда в местах стеснения потока имеет место снижение его свободной поверхности. Потери напора по длине вдоль порога такие, что ими можно пренебречь, поэтому свободная поверхность потока в пределах водослива горизонтальна и , где – глубина поды на пороге водослива между сечениями 1-1 и 2-2, которые ограничивают участок плавно изменяющегося потока.

Скорость на пороге между сечениями 1-1 и 2-2 определяется по формуле:

, (3.1)

где – полный верховой перепад, учитывающий скорость подхода; – коэффициент скорости .

Расход определяется из уравнения:

. (3.2)

Для того чтобы найти расход необходимо знать глубину , которая при заданном напоре устанавливается на пороге водослива.

Для определения и в случае водослива с широким порогом существуют различные способы.

3.2.2. Способ Беланже (принцип максимума расхода)

Глубина на пороге при всех условиях не может быть более и лежит в пределах .

Для определения глубины , Беланже предложил пользоваться следующим постулатом: при заданном напоре глубина на пороге водослива сама собой устанавливается такой, при которой расход из всех возможных величин получается наибольший.

Этот постулат называют принципом наибольшего расхода. Согласно ему глубина равна:

, (3.3)

отношение .

Расход определяется по основной расчетной зависимости:

,

где .

Подставив значение по Беланже, получаем

. (3.4)

3.2.3. Способ Бахметева

Бахметев Б. А. для определения глубины воспользовался другим постулатом: на пороге водослива сама собой устанавливается такая глубина , которой отвечает минимум удельной энергии сечения (минимум величины ), то есть критическая глубина .

По Бахметеву

. (3.5)

Подставив значение и значение , получим

. (3.6)

Расход определяется также по основной расчетной зависимости:

,

но величину коэффициента расхода можно выразить через , подставив значение :

или . (3.7)

3.3. Описание установки

Схема экспериментальной установки, изображенная на рис. 3.2, представляет собой прямоугольный лоток с прозрачными стенками, в котором установлен бесступенчатый водослив с широким порогом.

3.4. Выполнение работы

1. Запустить насос 9 cм. рис. 1.4.

2. Задвижкой 11 создается произвольный напор Н.

3. В условиях неподтоплённого водослива (открытые жалюзи на выходе из лотка) измеряются расход и напор.

4. Изменяются расход и напор потока и измерения повторяются. Работа выполняется при различных расходах, устанавливаемых в случайной последовательности. Результаты измерений записываются в табл. 3.1.

Таблица 3.1

№
H см
Q л/с

Рис. 3.2. Гидравлический лоток с установленным

в нем водосливом с широким порогом

5. Дальнейшие измерения проводятся для подтоплённого водослива. Создаётся с помощью жалюзи подтопление порога. Признаком подтопления следует считать условие: h_к/h_б < 0,8. Бытовая глубина измеряется за порогом, критическая вычисляется по формуле (2.10).

6. Измеряется расход и напор.

7. С помощью жалюзи увеличивается бытовая глубина и все измерения повторяются.

Работа должна быть проделана для 5 различных подтоплений при одном и том же напоре. Результаты измерений записываются в табл. 3.2.

Таблица 3.2

№
hб, см
Q л/с
Н см

3.5. Обработка результатов

Обработку результатов измерений рекомендуется проводить в следующей последовательности:

1. Для неподтопленного водослива на основании измеренного расхода, напора и ширины лотка вычисляется полный гидродинамический напор перед водосливом:

(3.8)

2. По формуле (2.11) определяется коэффициент расхода водослива.

3. Вычисляется отношение d/H.

4. Эти результаты записываются в табл. 3.3.

Таблица 3.3

№	H0	m	d/H
..

5. Для подтопленного водослива вычисляется h_к/h_б и согласно (2.11) коэффициент расхода m. Эти результаты записываются в табл. 3.4.

Таблица 3.4

№	H0	d/H	hк/hб	m
..

6. По результатам работы следует установить для неподтопленного водослива влияние d/H на коэффициент расхода водослива m для заданных входных условий и ширины порога b. Зависимость m = f(d/H) должна быть приведена в виде графика.

7. Для подтопленного водослива d/H следует показать график зависимости m = f(h_к/h_б)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чугаев Р.Р. Гидравлика [Текст]: учеб. / Р.Р. Чугаев. – Л.: Энергия, 1982. – 672 с.

2. Константинов Н.М. Гидравлика, гидрология, гидрометрия. В 2-х частях. Ч 1: Общие законы [Текст]: учеб. / Н.М. Константинов, Н.А. Петров, Л.И. Высоцкий. – М.: Высшая школа, 1987. – 304 с.

3. Прозоров И. В. Гидравлика, водоснабжение и канализация [Текст]: учеб. / И.В. Прозоров, Г.И. Николадзе, А.В. Минаев. – М.: Высшая школа, 1990. – 443 с.

4. Угинчус А. А. Гидравлика [Текст]: учеб. / А.А. Угинчус, Е.А. Чугаева. – Л.: Стройиздат, 1971. – 350 с.

5. Альтшуль А. Д. Гидравлика и аэродинамика [Текст]: учеб. /
А.Д. Альтшуль, П.Г. Киселев. – М.: Стройиздат, 1975. – 323 с.

6. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы [Текст]: учеб. /
Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. – М.: Машиностроение, 1982. – 422 с.

7. Лабораторный курс гидравлики, насосов и гидропередач [Текст] / Под ред. С. С. Руднева и Л. Г. Подвиза. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1974. – 416 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 3

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9. 4

1.1. Цель работы.. 4

1.2. Сведения из теории. 4

1.3. Описание установки. 8

1.4. Выполнение работы.. 9

1.5. Обработка результатов. 10

1.6. Контрольные вопросы.. 11

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10. 12

2.1. Цель работы.. 12

2.2. Сведения из теории. 12

2.2.1. Классификация водосливов. 12

2.2.2. Основная расчетная формула для
прямоугольного водослива. 15

2.2.3. Неподтопленный водослив с тонкой стенкой. 15

2.2.4. Подтопленный водослив с тонкой стенкой. 16

2.3. Описание установки. 17

2.4. Выполнение работы.. 18

2.5. Обработка результатов. 18

2.6. Контрольные вопросы.. 19

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11. 20

3.1. Цель работы.. 20

3.2. Сведения из теории. 20

3.2.1. Неподтопленный прямоугольный водослив
с широким порогом.. 20

3.2.2. Способ Беланже (принцип максимума расхода) 21

3.2.3. Способ Бахметева. 22

3.3. Описание установки. 23

3.4. Выполнение работы.. 23

3.5. Обработка результатов. 24

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 26

Учебное издание

АкимовОлег Владимирович

Козаклюбовь Васильевна

АкимоваЮлия Михайловна

ГИДРАВЛИКА

Часть 2

Методические указания
по выполнению лабораторных работ

Технический редактор О.В. Сенчихина

Отпечатано методом прямого репродуцирования

—————–––––––––—————————————————————

План 2009 г. Поз. 4.11. Подписано в печать 19.02.2009 г.
Формат 60´84¹/₁₆. Гарнитура «Arial». Печать RISO.

Усл. печ. л. 1,6. Зак. 34. Тираж 150 экз. Цена 22 р.

————––––––––———————————————————————

Издательство ДВГУПС

680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.